三帝3D打印金属和陶瓷在3C行业中的应用

随着3D打印技术的迭代升级和原材料成本的下降，3D打印不断提效降本，下游应用领域持续拓展。尤其是随着国内外消费电子头部厂商纷纷布局3D打印技术在智能手机、手表等3C产品中的应用，如折叠屏手机轴盖、电子手表表壳、手机中框、边框等零部件采用3D打印技术制造，3D打印技术在3C消费电子零部件批量化生产中的应用（3D3C）正在加速渗透。据Statista和Wohlers数据统计，2022年全球消费电子市场规模约为1.01万亿美元（约7.27万亿人民币），其中该领域3D打印的市场规模为21.27亿美元（约153.06亿人民币），渗透率仅约0.21%，具有极大的上升空间。中信证券《电器智造行业3D打印研究：钛合金与3D打印，来自消费电子》的报告显示，仅钛合金3D打印在消费电子领域的市场空间便有望超百亿元，3D打印在消费电子领域具有千亿级的巨大发展空间。

在3月6日举办的第十二届上海注射成形论坛中，北京三帝科技股份有限公司董事长宗贵升博士在题为《三帝3D打印金属和陶瓷在3C行业中的应用》的报告中综述了3D打印在3C电子领域的技术研究及应用进展，分析了3D打印在3C应用中面临的问题及瓶颈，并探讨了3C应用的技术发展方向。
3C产品的制造对表面质量、零件平整度、尺寸精度的要求很高，产品需求量大，需要满足自动化生产且成本要低。基于以上特点，现阶段可通过SLM选区激光熔融及BJ粘结剂喷射两种主要技术工艺用于3C电子零部件的制造。其中，SLM工艺具有高精度、高复杂度、高致密性等特点，BJ工艺具有出色的表面质量和尺寸精度，效率高、产量大。

在智能手机、手表中采用3D打印技术，可实现产品的高强度和轻量化，同时可优化生产时间、降低生产成本。例如某厂商采用钛合金3D打印的折叠屏手机铰链轴盖，厚度仅9.9mm，强度提升了50%，同时减重62%，铰链部件数量从92个减少到仅4个；钛合金3D 打印的手机中框，减重9%。

为什么采用钛合金材料？宗贵升博士从钛合金的几个主要特性进行了分析：钛合金的比强度高，是铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍，不锈钢的3.5倍；钛合金热强度高，可在450-500 °C 的温度下长期工作；钛合金的抗蚀性好，耐酸、耐碱、耐大气腐蚀，对点蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；钛合金低温性能好，间隙元素极低的钛合金TA7在-253 °C下还能保持一定的塑性；钛合金化学活性大，高温时可与氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层。

为什么采用3D打印技术？宗贵升博士表示，其一，钛合金的传统机加工存在一定瓶颈。因高温下钛屑易燃烧、导热性差、化学亲合力大、弹性模量小、冷硬现象严重等问题，造成刀具磨损、工件装夹变形、零件疲劳强度降低等问题。其二，钛/铝复合板制造存在一定问题。传统的固?固复合制备法容易受时间、温度及扩散系数等因素的影响，从而造成界面金属结合质量、材料利用率低等问题。其三，3D打印可实现高集成度并减少装配。以折叠屏手机的水滴型铰链为例，其零部件数量多达130+个，各零件均需精准对位，设计难度极高。模组组装技术工艺复杂且涉及较多专利壁垒，因此在多道工序后成品良率较低。其四，3D打印助力钛合金制造成本降低，释放了3D打印更大的市场空间，推动其规模化应用。

作为一家专注于绿色快速制造的3D打印整体解决方案提供商，三帝科技在多年激光3D打印1.0设备及应用的基础上，自主掌握了3DP、BJ粘结剂喷射3D打印2.0设备、材料及工艺，可满足不同尺寸（从毫米级到米级）产品的制造需求，为用户提供全尺寸、多材料、全链路的快速制造服务。目前，三帝科技正在通过技术工艺的自主研发及与3C知名厂商供应链企业的产业化合作，探索3D打印在3C电子领域的应用。

例如采用三帝SLM打印钛-铝合金层状复合材料手机边框，相较传统轧制工艺，可提升界面强度40%。采用三帝SLM打印的定制化耳内式助听器，钛合金外壳可达0.15mm的极致壁厚，轻便、隐形，15倍强韧防摔，安全、无致敏。该产品已取得国家二类医疗器械注册证，实现批量生产。

三帝科技已完成研发型R系列、生产型P系列等BJ粘结剂喷射金属/陶瓷成型设备的研制，并有数十台设备装机使用；完成铁基材料、有色金属、高温合金、难熔金属、陶瓷材料、无机盐、高分子材料、食品材料等体系化材料工艺的开发；通过推进CAE仿真预测解决方案，应对多品种、小批量敏捷制造需求。此外，三帝科技联合深圳职业技术大学共建了增材制造技术联合实验室，同时联合深圳清华大学研究院、上海交通大学等科研院所的相关团队共同开展粘结剂喷射成型等材料、工艺与应用的基础技术研究，推动在工业模具、刀具、3C电子等产品，及复杂、异形大尺寸陶瓷产品等领域的产业化应用。

对于3D打印在3C领域的应用，宗贵升博士表示，该应用的市场潜力很大，目前的SLM和BJ技术都有相关应用前景，但还需要解决产品尺寸精度、表面光洁度和自动化大规模生产等一系列问题。关于3C应用的技术发展方向，他提出，可通过开发3C专用SLM设备来实现自动化生产；未来，极具大规模制造潜力的区域激光打印(Area Laser 3D Printing, AL3DP)技术或将成为实现3C及大件产品等应用的新质生产力，值得关注和期待。

3月6日-8日在上海世博展馆正在进行2024第十六届中国国际粉末冶金、硬质合金与先进陶瓷展览会，欢迎莅临三帝科技展位（H1馆A913）参观交流！